Los relámpagos en volcanes en estado de agitación pueden indicar el inicio de una peligrosa actividad explosiva
Las erupciones volcánicas arrojan al aire lava, rocas y cenizas. Cuando los fragmentos de estos materiales se mezclan y chocan en el flujo de salida, pueden crear un potencial eléctrico lo suficientemente grande como para generar un rayo.
Una nueva investigación realizada por científicos y colaboradores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) ha descubierto que las ondas de choque estacionarias en el flujo supersónico de gases evitan que se propaguen descargas eléctricas como chispas y rayos. Esto sugiere que los choques permanentes formados por una erupción volcánica pueden suprimir o reducir los rayos del volcán durante la fase inicial de una erupción.
En la naturaleza, las descargas eléctricas en forma de rayos se observan con frecuencia no solo en nubes de tormenta, sino también en entornos muy diversos que exhiben flujos turbulentos cargados de partículas, como columnas volcánicas y remolinos de polvo.
Durante la descarga eléctrica, se pueden registrar las emisiones de radiofrecuencia (RF), lo que proporciona un medio para seguir la evolución progresiva en el espacio y el tiempo de la fuente del rayo. De manera similar a la detección de nubes tormentosas y tormentas, la detección de RF también se utiliza ahora para detectar e informar sobre los peligros asociados con las columnas volcánicas cargadas de cenizas y las nubes de cenizas.
En particular, los relámpagos en volcanes activos en estado de agitación pueden indicar el inicio de una peligrosa actividad explosiva y la producción de penachos de ceniza. Además, tanto las descargas observables como las emisiones de RF pueden revelar los mecanismos que inician el rayo y ofrecer pistas sobre la composición del material en erupción.
Las erupciones volcánicas explosivas pueden generar rayos que emiten señales de RF. Además, en los primeros momentos de la erupción, las ondas de choque en el flujo supersónico pueden actuar para mediar en el camino del rayo, modificando de manera reconocible las firmas de RF.
El equipo obtuvo imágenes de chispas y un choque permanente juntos en un chorro supersónico transitorio de micro-diamantes arrastrados en argón. Las ondas de choque representan una transición brusca en la densidad del gas y, por tanto, en la tendencia del gas a ionizarse. Las simulaciones del experimento de dinámica de fluidos y cinética ilustraron cómo las chispas observadas están limitadas por el choque permanente.
"Demostramos que las chispas transmiten una impresión del flujo explosivo y abren el camino para nuevos instrumentos para diagnosticar fenómenos explosivos actualmente inaccesibles", dijo el autor principal Jens von der Linden, ex científico de LLNL ahora en el Instituto Max Planck de Física del Plasma.
Las erupciones volcánicas explosivas producen flujos supersónicos a través de la liberación repentina de gases sobrepresurizados contenidos en el magma en erupción, lo que produce ondas de choque.
Las observaciones de volcanes en erupción en Alaska, Islandia y Japón han revelado que en los primeros segundos después del inicio de una erupción explosiva, se registran firmas de RF distintas de las producidas por los relámpagos formadores de rayos en las proximidades (de decenas a cientos de metros) de respiraderos de volcán.
"Si las fuentes de emisión continua de radiofrecuencia cercana al respiradero están reguladas por ondas de choque estacionarias, entonces las antenas distribuidas podrían identificar sus ubicaciones, rastreando la evolución de la descarga permanente reguladora y brindando información sobre la presión y el contenido de partículas del flujo explosivo", dijo Jason Sears, científico del LLNL e investigador principal del proyecto. "Los experimentos de descompresión rápida y las simulaciones que Jens dirigió permiten la observación y el análisis de eventos explosivos que producen RF en su inicio".
La nueva investigación aparece en la revista Communications Earth & Environment: Standing shock prevents propagation of sparks in supersonic explosive flows
